MICROFISURAS EN EL RIEL Y SU AFECTACION A LA VIDA DEL RIEL

En el mes de enero de 2026, en España se presentaron accidentes ferroviarios por rieles rotos. Esta situación nos ha puesto a pensar en la vida del riel, el activo mas valioso de la superestructura ferroviaria.

Tizacons Servicios Ferroviarios al estar directamente involucrado en la aplicación de soldaduras aluminotérmicas y soldaduras eléctricas de riel a tope (flash-butt) queremos comentar sobre las causas que pueden afectar la vida de los rieles y la seguridad operativa del Ferrocarril, donde adicional al desgaste del riel, enfatizaremos sobre los factores que provocan microfisuras en los rieles.

Las microfisuras en el riel ferroviario (micro-cracks) son un problema crítico porque suelen ser el origen de fallas mayores si no se detectan a tiempo. En términos prácticos, casi nunca tienen una sola causa, sino una combinación de esfuerzos mecánicos, térmicos y metalúrgicos.

1. Fatiga por carga repetitiva (principal causa)

Cada paso de rueda genera:

• Altísimas tensiones de contacto (Hertzianas)
• Microdeslizamientos rueda–riel

Con el tiempo esto produce:

• Fatiga por contacto rodante (RCF – Rolling Contact Fatigue)
• Microfisuras superficiales que luego crecen hacia el interior

Se presenta Típicamente en:

• Curvas
• Zonas de frenado
• Vías con tráfico pesado o frecuente

2. Tensiones térmicas (especialmente en riel largo soldado)

En rieles soldados continuos (LSR / CWR):

• El riel está “confinado”
• Cambios de temperatura generan esfuerzos de compresión o tracción

Esto puede provocar:

• Microfisuras longitudinales
• Iniciación de grietas en la cabeza o alma del riel

 Muy común en climas con amplitud térmica alta

3. Defectos metalúrgicos de origen

Desde la fabricación pueden existir:

• Inclusiones no metálicas
• Segregaciones de carbono
• Porosidad microscópica

Estos defectos:

• Actúan como concentradores de esfuerzo
• Facilitan el inicio de microfisuras bajo carga

4. Soldaduras defectuosas (aluminotérmicas o flash-butt)

Una soldadura mal ejecutada puede presentar:

• Zonas con dureza excesiva o insuficiente
• Tensiones residuales
• Microgrietas en la zona afectada por el calor (ZAC)

 Es una causa muy frecuente de fisuras internas difíciles de detectar visualmente

5. Desgaste ondulatorio y corrugación

La corrugación del riel genera:

• Cargas dinámicas cíclicas
• Vibraciones de alta frecuencia

Resultado:

• Propagación acelerada de microfisuras superficiales
• Aparición de head checks

6. Mala interacción rueda–riel

Problemas típicos:

• Perfil de rueda incorrecto
• Conicidad excesiva
• Falta o exceso de lubricación en curvas

Esto aumenta:

• Esfuerzos tangenciales
• Microfisuras oblicuas en la cabeza del riel

7. Mantenimiento insuficiente

Cuando no se realiza:

• Rectificado periódico del riel
• Inspección de Ultrasonido ferroviario
• Control de alineación y nivelación (calzado y nivelación de la vía)
• Eliminación de zonas aguachinadas.

Las microfisuras:

• No se eliminan a tiempo
• Crecen hasta convertirse en grietas críticas o fracturas completas

Tipos comunes de microfisuras asociadas

Para ponerlo en contexto técnico:

• Head checks → Microfisuras inclinadas en la cabeza
• Squats → Defectos por fatiga con mancha oscura superficial
• Shelling → Desprendimiento por fisuras internas
• Vertical split head → Evolución severa de microfisuras internas

En conclusión

Las microfisuras aparecen por la interacción de:

carga repetitiva + tensiones térmicas + material + soldadura + mantenimiento

Injerencias de la soldadura en riles (LRS, CWR)

Uno de los principales factores de defectos en los rieles es provocado por las microgrietas en la Zona Afectada por el Calor (ZAC) muy relacionados con la aplicación de las soldaduras en rieles, con causas físicas, mecanismos de iniciación, propagación y consecuencias operativas.

Comentaremos sus cusas y consecuencias para las soldaduras aluminotermicas y las soldaduras de riel a tope (flash-butt).

1. ¿Qué es la ZAC en rieles ferroviarios?

La Zona Afectada por el Calor (ZAC) es la región del riel adyacente al cordón de soldadura donde:

• No hay fusión
• Sí hay transformaciones metalúrgicas
• Se generan gradientes térmicos severos

En rieles (aceros perlíticos, microaleados o HT), la ZAC es el punto más vulnerable del sistema soldado, por lo que se debe de cuidar .

2. Qué son las microgrietas en ZAC

Las microgrietas son:

• Discontinuidades microscópicas (10–500 μm)
• Generalmente intergranulares o transgranulares
• Invisibles a simple vista
• Detectables solo con UT, Phased Array, o metalografía

 Son semillas de falla por fatiga.

3. Mecanismos metalúrgicos que generan microgrietas en la ZAC

3.1 Fragilización por sobrecalentamiento

Durante la soldadura:

• La temperatura en ZAC puede superar Ac3 (~900–950 °C)
• Se produce:
  • Crecimiento de grano austenítico
  • Disolución de cementita

Al enfriar:

• Se forma perlita gruesa o bainita frágil
• Baja tenacidad → iniciación de microgrietas

3.2 Transformaciones de fase no controladas

Si el enfriamiento es rápido:

• Formación local de:
  • Martensita
  • Bainita superior dura

 Efecto:

• Aumento de dureza (>400 HB)
• Incompatibilidad mecánica con el riel base
• Tensiones internas → microgrietas

3.3 Tensiones residuales térmicas

Gradientes típicos:

• Soldadura: 1,200–1,600 °C
• Riel base: <100 °C

Esto genera:

• Tensiones de tracción en ZAC
• Superposición con tensiones de servicio

La ZAC entra en fatiga térmico-mecánica.

3.4 Incompatibilidad de durezas

Especialmente crítica cuando:

• Se sueldan rieles de distinta dureza
• Riel nuevo vs riel fatigado

Resultado:

• Concentración de esfuerzos
• Microfisuración preferencial en ZAC del riel más duro

3.5 Hidrógeno difusible

En aluminotérmica:

• Humedad en moldes
• Material de aporte

Puede provocar:

• Grietas retardadas
• Microgrietas intergranulares

4. Distribución típica de microgrietas en la ZAC

Perfil longitudinal

Riel base | ZAC blanda | ZAC dura | Cordón | ZAC dura | ZAC blanda | Riel base

Zonas críticas

• Límite ZAC–riel base
• Pie del patín
• Cara de rodadura en curvas

5. Evolución de microgrietas (daño progresivo)

Etapa	Fenómeno
1	Microgrieta metalúrgica
2	Iniciación por fatiga
3	Propagación estable
4	Grieta detectable UT
5	Falla frágil / rotura

 En carga pesada, esta secuencia puede tomar solo 2–5 años.

6. Diferencia entre procesos de soldadura

Aluminotérmica

• ZAC amplia (25–40 mm)
• Difícil control térmico
• Alta dispersión de durezas
• Mayor incidencia de microgrietas

Flash-butt

• ZAC estrecha (10–15 mm)
• Ciclo térmico controlado
• Recristalización homogénea
• Microgrietas raras

7. Microgrietas y fatiga de contacto rodante (RCF)

Las microgrietas en ZAC:

• Actúan como iniciadores de RCF
• Se combinan con:
  • Squats
  • Head checks
  • Shelling

 La ZAC se convierte en el punto de arranque del daño del riel.

8. Detección y límites prácticos

Método	Capacidad
Ultrasonido convencional	>1–2 mm
Phased Array	0.5 mm
Eddy Current	Superficiales
Metalografía	Microgrietas reales

 Muchas microgrietas no se detectan hasta que ya crecieron.

9. Cómo se mitigan las microgrietas en ZAC

Diseño de proceso

• Preferir flash-butt
• Evitar soldar rieles de distinta dureza
• Precalentamiento controlado (AT)

Control térmico

• Enfriamiento lento y uniforme
• Post-calentamiento

Acabado

• Rectificado inmediato
• Eliminación de entallas

Gestión de activos

• Registro de soldaduras
• UT temprano (6–12 meses)
• Sustitución preventiva

10. Conclusión técnica

Las microgrietas en la Zona Afectada por el Calor (ZAC) no son un defecto puntual, sino un fenómeno metalúrgico sistémico asociado a ciclos térmicos no controlados, incompatibilidad de durezas y tensiones residuales. Su presencia reduce significativamente la vida útil del riel y explica por qué la soldadura aluminotérmica es estadísticamente el eslabón más débil de la vía.